東港灌區渠道滑坡地段處理及參數設計

孫美玲，孫永春

（遼寧省東港市友誼灌區管理處，遼寧 東港 118300）

1 工程概況

東港灌區位于遼寧省東南部，地處鴨綠江和大洋河下游，東西長65km，南北寬40km，總控制面積1352km2，灌區內有耕地6.99萬hm2，是丹東市主要水稻產區。東港灌區有大中小型水庫20座，年總調節水量3.22億m3，已建成鐵甲、友誼兩條主干渠，總長72.1km；分干渠11條，總長85.85km；支渠233條，總長333.28km。目前，東港灌區存在灌排標準低、泵站設備損壞嚴重、量水設施不完善等問題，因此決定投資7004.32萬元對灌區渠道、泵站等進行改造。

2 渠道滑坡地段處理方案

本次東港灌區節水改造工程共涉及干渠長度22.08km，其中1.8km渠道為深挖方，深度普遍在5m以上，且邊坡較陡，未做任何加固處理，存在滑坡隱患，因此工程先對滑坡進行處理。

2.1 處理方案

本渠段滑坡隱患有兩種處理方案可進行比選，兩種方案的優缺點如表1[1]。

表1 滑坡地段處理方案對比

由于本項目滑坡處理長度較大，而且滑坡較平緩，若采用鋼筋混凝土箱涵成本較大，經綜合比選決定采用漿砌石擋土墻處理滑坡。

2.2 漿砌石擋土墻設計

本渠段采用M7.5重力式漿砌石擋土墻加固處理，設計基礎埋深0.8～1.0m，墻高范圍1.8～2.9m，迎水坡坡比1∶1.5，背水坡坡比1∶1.6。擋土墻后部的滑動土體全部清除，并回填黏土分層壓實，要求密實度不小于0.9。設計排水孔距前趾頂1.0m，間距設計2.0m[2]。

2.3 處理后邊坡穩定性

由于滑坡對渠道正常運行影響較大，確定級別為4級，擋墻抗滑穩定系數為1.5，在此對擋土墻抗滑穩定性和基底應力進行驗算。

2.3.1 抗滑穩定性計算

在此采用“剛體平衡公式”來核算基地面的抗滑穩定性安全系數kc，見式（1）[3]。

式中 f為地基軟弱結構面摩擦系數；∑V 為墻體地基垂直載荷總和；∑H 為墻體承受的水平載荷總和。

2.3.2 基底應力驗算

基底應力σ（單位kN/m2）驗算利用公式（2）進行[4]。

式中 B為單位長度擋土墻底部面積；e為補償系數。

計算結果如表2。

表2 擋土墻基底應力驗算結果

經分析，無論渠道的正常或非常時期運行，其擋土墻抗滑穩定性kc和基底應力σ均大于標準值，且安全系數均在1.14以上，表明擋土墻滿足使用要求。

3 渠道參數

3.1 渠道斷面設計

本項目主要是對原有渠道進行拆除重建，因此盡量減少土工量。縱斷面主要涉及到底坡坡率i的取值，總體維持原有渠道縱坡，坡率i=0.007。

渠道橫斷面有矩型、梯型、U型3種，為保證渠道結構穩定性，設計采用U型斷面結構，橫向斷面圖如圖1[5]。

圖1 渠道斷面示意圖

3.1.1 渠道襯砌超高h1和渠道超高h

渠道超過對于通流能力有著直接影響，一般包含襯砌超高h1和渠道超高h。依照表3經驗數據，得出本項目h1=0.15m，h=0.3m。

表3 渠道襯砌超高h1和渠道超高h經驗值表單位：m

3.1.2 渠道斷面尺寸確定

渠道水力計算的核心點是根據設計流量、渠道糙率、渠道比降等參數求圓弧半徑和水深。為簡化計算過程，本項目直接利用各尺寸經驗公式（3）計算[6]，結果如表4，得出本項目R=60cm，a=8°，H′=1.8m。

式中 H′為渠道圓弧以上水深；Na為直線段外傾角a對應的系數；R為渠底圓弧半徑。

表4 U型渠道斷面尺寸關系經驗值

3.2 渠道襯砌及防凍脹設計

3.2.1 襯砌設計

根據工程實際，渠道襯砌可采用預制混凝土塊襯砌和現澆筑混凝土襯砌兩種方案，水泥型號最低強度為C20，襯砌厚度設計6cm。經估算，預制混凝土塊襯砌投資55.2萬元/km，現澆筑混凝土襯砌投資59.3萬元/km，且預制混凝土塊襯砌具有施工迅速、簡單、不影響環境等優點，因此本項目決定采用襯砌方案。

3.2.2 防凍脹設計

由于項目區位于我國東北地區，冬季嚴寒漫長，渠道防凍脹是必須要采取的措施。本項目設計采用置換法來進行防凍脹。

3.2.2.1 設計凍深Z及置換深度Z0計算

根據經驗公式計算設計凍深Z及置換深度Z0，如公式（4）和公式（5）。

式中 Ψd為日照及遮蔭修正系數；Ψw為地下水影響系數；Zm為歷年最大凍深，取值1.24m。

式中 ε為置換比；δ為襯砌板厚度，取值6cm。

經計算得出本項目渠道基礎設計凍深Z=1.0m，其中渠道陽坡換基厚度范圍30～50cm，陰坡換基厚度40～60cm。

3.2.2.2 置換材料

置換材料有砂礫石材料和聚乙烯苯板兩種選擇，兩種方案的優缺點對比如表5。經過比選，由于聚乙烯苯板的使用壽命無法滿足要求，確定砂礫石作為渠道防凍脹換基材料，置換深度為30～60cm。

表5 置換材料優缺點對比

4 結語

（1）東港灌區的渠道工程經過節水改造后，各方面均達到設計指標，滲流量降低95%以上，且通流能力增加30%，渠道輸水基本覆蓋了灌區的90%面積，極大地保證了灌溉效率。

（2）在渠道改造過程中，應遵循盡量多利用原來工程，減少工程量和投資額，注重渠道防滲和防凍脹，以保證渠道壽命。